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Vorrichtung zur Steuerung und Winkelpositionierung
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eines Gleichstrom-Bürstenmotors Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Steuerung und Winkelpositionierung eines Gleichstrom-Bürstenmotors mit einem
auf der Motorwelle sitzenden Tachogenerator, mit einer die Motorbestromung steuernden
Leistungsstufe und mit einem Operationsverstärker, der die Ausgangs-Ist-Spannung
des Tachogenerators mit einer vorgegebenen, der gewünschten Motordrehzahl entsprechenden
Soll-Spannung vergleicht und die Leistungsstufe analog der festgestellten Spannungsdifferenz
steuert.
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Vorrichtungen dieser Art sind bekannt. Mit solchen Vorrichtungen lässt
sich die Drehzahl eines Gleichstrom-Bürstenmotors in gewünschter Weise steuern.
Dazu wird von dem auf der Motorwelle sitzenden Tachogenerator eine Ist-Spannung
abgenommen, die der jeweiligen momentanen Drehzahl des Motors entspricht. Diese
Ist-Spannung wird mit einer vorgegebenen Soll-Spannung verglichen, die die gewünschte
Motordrehzahl darstellt. Ist- und Soll-Sparmung werden durch einen Operationsverstärker
verglichen, dessen Ausgangssignal die Motorbestromung analog der festgestellten
Abweichung der Ist-Spannung von der Soll-Spannung steuert.
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Mit dieser bekannten Vorrichtung ist zwar eine sehr genaue Steuerung
der Drehzahl eines Gleichstrommotors möglich, eine genaue Winkelpositionierung des
Motors beim Ab stoppen ist dagegen nicht möglich. Zum Zwecke einer genauen Winkelpositionierung
mussten deshalb bisher Schrittmotoren verwendet werden. Diese Schrittmotoren sind
jedochegenüber einem Gleichstrom-Bürstenmotor wesentlich aufwendiger aufgebaut und
benötigen ausserdem eine verhältnismässig aufwendige SteueLektronik.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen,
die mit einfachen Mitteln eine genaue Winkelpostionierung auch eines einfach aufgebauten
Gleichstrom-Bürstenmotors ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung de eingangs genannten Art
erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass auf der
Motorwelle eine Takt
scheibe mit über den Umfang verteilten Durchbrechungen sitzt, dass eine Lichtquelle
und dieser gegenüber eine Differentialfotodiode vorgesehen sind, zwischen denen
sich der mit den Durchbrechungen versehene Bereich der Taktscheibe befindet, und
dass zum Abstoppen des Motors das Ausgangssignal der Differentialfotodiode als Soll-Signal
an dem Operationsverstärker anliegt.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht eine Steuerung der Motordrehzahl
eines Gleichstrom-Bürstenmotors in der gleichen Weise wie die eingangs beschriebene
bekannte Vorrichtung. Zusätzlich ist jedoch eine äusserst genaue Winkelpositionierung
beim Abstoppen des Motors möglich. Die genauen Winkelstellungen, in welchen der
Motor abgestoppt werden kann, sind durch die Durchbrechungen der Taktscheibe festgelegt.
Zum Abstoppen des Motors wird auf das entsprechende Stoppsignal hin das Ausgangssignal
der Differentialfotodiode als Soll-Signal dem Operationsverstärker zugeführt.
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Sobald auf das Stoppsignal hin die nächste Durchbrechung der sich
mit der Motorwelle drehenden Takt scheibe in den Bereich der Lichtquelle und der
Differentialfotodiode kommt, fällt das Licht der Lichtquelle durch diese Durchbrechung
auf die Differentialfotodiode. Solange die Mitte dieser Durchbrechung nicht genau
mit der Verbindungslinie von Lichtquelle und Differentialfotodiode ausgerichtet
ist, wird die Differentialfotodiode von der Lichtquelle unsymmetrisch beleuchtet.
Dadurch wird eine der beiden Fotodioden der Differentialfotodiode stärker als die
andere beleuchtet und die Differentialfotodiode liefert ein Ausgangssignal.
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Dieses Ausgangs signal wird als Soll-Signal auf den Operationsverstärker
gegeben, der dementsprechend die Motorbestromung so steuert, dass der Motor und
mit diesem die Taktscheibe
in der Richtung gedreht wird, dass sich
die Durchbrechung symmetrisch zu der Differentialfotodiode ausrichtet. Erst wenn
diese genaue Ausrichtung und damit Winkelpositionierung des Motors erreicht ist,
wird die Differentialfotodiode symmetrisch beleuchtet, so dass beide Dioden der
Differentialfotodiode gleich stark beleuchtet werden und diese somit kein Ausgangssignal
liefert. Es wird somit auch kein Soll-Signal an den Operationsverstärker geliefert,
so dass der Motor nicht mehr bestromt wird.
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Da der Motorrotr eine gewisse Trägheit besitzt, neigt der Rotor dazu,
sich über die gewünschte Winkelposition beim Abstoppen hinauszudrehen. Die Differentialfotodiode
erzeugt daher eine relativ starke Bestromung des Motors in Gegenrichtung, was zu
einem erneuten Drehen des Motors in Gegenrichtung über die gewünschte Winkelposition
hinausführt.
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Die beschriebene Winkelpositionierung hätte somit einen verhältnismässig
langdauernden Einschwingvorgang zur Folge.
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Ein solches ungünstiges Einschwingverhalten wird erfindungsgemäss
dadurch verhindert, dass der Tachogenerator zwangsläufig zu einer starken Dämpfung
der Schwingung führt. Da zum Abstoppen des Motors, auf das entsprechende Stoppsignal
hin, keine Soll-Spannung an dem die Motorbestromung steuernden Operationsverstärker
anliegt, tritt nur dann keine Motorbestromung auf, wenn die Motorwelle aill steht
und der Tachogenerator somit kein Ausgangssignal liefert. Jede Drehung der Motorwelle
erzeugt dagegen ein Dachogenerator-Ausgangssignal, das zu einer Bestromung des Motors
entgegen seiner Drehrichtung führt. Insbesondere wenn das Dachogenerator-Ausgangssignal
noch über einen Operationsverstärker verstärkt
wird, hat dies
zur Folge, dass der Motor im Stoppzustand jeder Drehung ein sehr starkes entgegengerichtetes
Drehmoment entgegensetzt. Dieses starke entgegengesetzte Drehmoment führt zu einer
sehr starken Dämpfung des Einschwingens bei der Winkelpositionierung.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung liefert daher mit einfachsten Mitteln
nicht nur eine Steuerung der Motordrehzahl sondern auch eine äusserst präzise und
schnelle Winkelpositionierung eines Gleichstrom-Bürstenmotors.
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Die Takt scheibe mit ihren Durchbrechungen kann dabei zusätzlich während
des Laufens des Motors zur Steuerung verwendet werden. Dazu werden während des Laufens
des Motors die in der Differentialfotodiode durch die Lichtquelle und die Durchbrechungen
der Takt scheibe erzeugten Sigale gezählt, um die Anzahl der Motorumdrehungen oder
Winkelschritte zu bestimmen. Beispielsweise kann der Motor mit einer hohen Drehzahl
von etwa 3.000 bis 5.000 Umdrehungen pro Minute eine vorgegebene Anzahl von Umdrehungen
ausführen, die durch die von Lichtquelle, Dalt:tscheibe und Differentialfotodiode
erzeugten Lichtsignale gezählt wird.
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Nach dieser vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen der Motorwelle wird
die Motorsteuerung durch ein entsprechendes Signal auf eine langsamere Drehzahl
von beispielsweise 1oo bis 500 Umdrehungen pro Minute umgeschaltet. Aus dieser langsamen
Drehzahl ist ein sofortiges Abstoppen des Motors möglich, so dass auf ein Stoppsignal
hin der Motor abgestoppt wird, sobald die nächste Durchbrechung der Gaktscheibe
in den Bereich der aus Lichtquelle und Differentialfotodiode gebildeten Lichtschranke
gelangt. Da auch während des Langsamgangs die Zahl der Umdrehungen bzw. Winkelschritte
der
Taktscheibe gezählt wird, kann der Motor durch die erfindungsgemässe Vorrichtung
nach einer genau vorgegebenen Anzahl von Umdrehungen und Bruchteilen von Umdrehungen
abgestoppt werden.
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Eine solche genaue Motorsteuerung und Positionierung ist beispielsweise
bei Buchungsautomaten für den Einzug von Kontenkarten erforderlich. Durch eine von
der Motorwelle angetriebene Walze wird dabei die Kontenkarte jeweils um eine vorgegebene
Strecke vor- oder zurückgezogen, so dass eine gewünschte angesteuerte Zeile der
Kontenkarte gelesen oder beschrieben werden kann.
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Selbstverständlich eignet sich die erfindungsgemässe Steuervorrichtung
auch für alle anderen Anwendungszwecke, bei denen bisher ein Schrittmotor verwendet
werden musste.
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Weitere Merkmal und Vorteile der Erfindung gehen aus den Patentanspriichen
un3 der folgenden Beschreibung hervor.
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Im folgenden wird die Erfinlurlg anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1
chematisch die Vorrichtung gemäss der Erwindung und
Fig. 2 einen
Schalüplan eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Wie Fig. 1 zeigt, sitzt auf der schematisch dargestellten Welle 10
eines Gleichstrommotors 12 ein Dachogenarator 14 sowie eine Taktscheibe 1S. Die
Taktscheibe 16 weist an ihrem Umfang Durchbrechungen in Form von Löchern 18 auf.
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Im Bereich dieser Durchbrechungen 18 ist auf einer Seite der Taktscheibe
16 eine Lichtquelle 20 angebracht. Auf der anderen Seite der Ta'cb-scheibe 1G befindet
sich dieser Lichtquelle 20 gegenüber e-ine Differentialfotodiode 22, die aus zwei
in Umfangsrichtung der Takt scheibe 16 nebeneinander angeordneten Foüodioden 22
a und 22 b besteht.
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Die Ausgangspannungen der gegeneinander geschalteten Fotodioden 22
a und 22 b werden auf einen Differenzverstärker 24 gegeben.
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Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 24 wird während des Laufens
des Motors der Steuerelektronik 26 zugeführt.
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Die Zahl der Ausgangssignale des Differenzverstärkers 24, die der
Anzahl der an der Differentialfotodiode 22 -vorbeibewegten Durchbrechungen 18 enticht,
wird in bekannter Weise in der Steuerelektronik 26 gezählt, um die Anzahl der Motorumirehungen
bzw. der Winkelschritte des Motors für die Programmsteuerung zu bestimmen.
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Auf ein von der Steuerelektronik 26 kommendes Stopp-Signal
wird
das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 24 in später zu beschreibender Weise
einer Ist-Soll-Vergleichsschaltung 28 zugeführt. Ein Beispiel für den Aufbau der
Ist-Soll-Vergleichsschaltung 28 wird später anhand der Figur 2 beschriebex Der Ist-Soll-Vergleichs
schaltung 28 wird durch die Steuerelektronik 26 je nach deren Programmierung ein
Langsam-Vorwärts-Befehl, ein Schnell-Vorwärts-Befehl, ein Langsam-Rückwärts-Befehl,
ein Schnell-Rückwärts-Befehl oder ein Stopp-Befehl zugeführt. Im Falle eines Vorwärts-
oder Rückwärts-Befchles wird in der Ist-Soll-Vergleichsschaltung 28 jeweils eine
dieser gewünschten Drehzahl entsprechenden vorgegebene Soll-Spannung mit der der
tatsächlichen Motorendrehzahl entsprechenden Ist-Spannung des Tachogenerators 14
verglichen. Ein diesem Vergleich entsprechendes Ausgangssignal steuert analog eine
Leistungsstufe 30. Die Leistungsstufe 30 steuert wiederum die Bestromung des Gleichstrommotors
12.
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Anhand des Schaltungsbeispiels der Figur 2 soll nun Aufbau und Funktionsweise
der Drehzahlsteuerung und Winkelpositionierung im einzelnen beschrieben werden.
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Die in Figur 2 dargestellte Steuerungs- und Positionierungsschaltung
wird von der Steuerelektronik 26 über die Eingänge 32, 34, 36,3ß und 40 angesteuert.
Über den Eingang 32 wird das Stopp-Befehlssignal, über den Eingang 34 das
Befehlssignal
für die Vorwärtsdrehung im Langsamgang, über den Eingang 36 das Befehlssignal für
die Vorwärtsdrehung im Schnellgang, über den Eingang 38 das Befehlssignal für die
Rückwärtsdrehung im Langsamgang und iiber den Eingang 40 das Befehlssignal für die
Rückwärtsdrehung im Schnellgang zugeführt.
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Die Bestromung des Gleichstrom-Bürstenmotors 12 wird durch eine Leistungsstufe
gesteuert, die aus den Transistoren 42, 44, 46 und 48 besteht. Diese Transistoren
42 bis 48 sind in bekanntes Weise als integrierte Darlingten-Verstärker ausgebildet.
In der vorliegenden Schaltung, die mit einer Versorgungspannung von +24 Volt arbeitet,
sind die Transistoren 42 und 44 bzw.
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die Transistoren 46 und 48 jeweils in Reihe zwischen die Versorungsspannung
von +24 Volt und die Masseleitung von 0 Volt geschaltet. Die Transistoren 42 und
46 sind npn-Transistoren, während die Transistoren 44 und 48 pnp-Transistoren sind.
Der Gleichstrommotor 12 ist mit seinen Stromzuleitungen zwischen die jeweiligen
Verbindungspunkte der Emitter der Transistoren 42 und 44 bzw. 46 und 48 geschaltet.
Die Transistoren 42 und 44 werden über ihre miteinander verbundenen Basen angesteuert
und ebenso werden die Transistoren 46 und 48 gemeinsam über ihre miteinander verbundenen
Basen angesteuert.
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Da die Transistoren 42 und 44 genau gleich aufgebaut sind wie die
Transistoren 46 und 48 befindet sich im Ruhezustand der Verbindungspunkt der Emitter
der Transistoren 42 und 44 auf dem gleichen Potential wie der
Verbindungspunkt
der Emitter der Transistoren 46 und 48, so dass über den Gleichstrommotor 12 kein
Strom fliesst. Bei einem positiven Anstieg der an den Basen der Transistoren 42
und 44 anliegenden Steuerspannung wird der Transistor 42 stärker aufgesteuert, während
der Transistor 44 zugesteuert wird. Dadurch ergibt sich ein analoges Ansteigen des
potentials am Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 42 und 44. Das an den
Basen der Transistoren 42 und 44 anliegende Steuersignal wird gleichzeitig dem inertierenden
Singang eines Operationsverstärkers 5o zugeführt, der einen Verstärkungsfaktor von
1 aufweist. Das invertierte Ausgangs signal des Operationsverstärkers 50 liegt an
den miteinander verbundenen Basen der Transistoren 46 und 48 an. Dadurch wird der
Transistor 46 analog dem Steuersignal zugesteuert, während der Transistor 48 analog
aufgesteuert wird. Das Potential am gemeinsamen Verbindungspunkt der Emitter der
Transistoren 46 und 48 nimmt daher ab, so dass eine Potentialdifferenz zwischen
dem Verbindungspunkt der Emitter der Transistoren 42 und 44 und dem Verbindungspunkt
der Emitter der Transistoren 46 und 48 entsteht, die zu einer Bestromung des Motors
12 führt. In entsprechender Weise führt ein Absinken der an den Basen der Transistoren
42 und 44 anliegenden Steuerspannung zu einem Absinken des Potentials am Verbindungspunkt
de:r Emitter der Transistoren 42 und 44 und zu einem Anstieg des Potentials am Verbindungspunkt
der Emitter der Transistoren 46 und 48, so dass der Gleichstrommotor 12 in entgegengesetzter
Richtung bestromt wird und sich rückwärts dreht.
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Die Steuerung der aus den Transistoren 42, 44, 46 und 48
bestehenden
Leistungsstufe erfolgt über einen als Differenzverstärker arbeitenden Operationsverstärker
52, dessen Ausgangssignal an den niteinander verbundenen Basen der Transistoren
42 und 44 und über den invertierenden Operationsverstärker 5o an den mit ein anker
verbundenen Basen der Transistoren 46 und 48 anliegt.
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Am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 52 liegt im Ruhezustand
eine Spannung an, die durch das Spannungsteilerverhältnis der Widerstände R 1 und
R 2 bestimmt ist. Die Widerstd:nde R 1 und R 2 sind im dargestellten Beispiel gleich,
so dass am invertierenden Eingang des operationsverstärkers 52 im Ruhezustand die
Spannung von + 12 Volt anliegt.
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Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 52 ist mit
dem Ausgang eines Operationsverstärkers 54 verbunden, der die Ausgangsspannung des
Tachogenerators 14 verstärkt. Im Ruhezustand, d.h. bei Stillstand des Motors 12
in einer vorgeschriebenen Winkelposition erzeugt der Tachogenerater 14 keine Ausgangspannung,
so dass am Differenzverstärker 52 keine Spannungsdifferenz anliegt und der Differenzverstärker
52 kein Steuersignal für die Leistungsstufe erzeugt. Der Motor 12 wird daher, wie
oben beschrieben, nicht bestromt.
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Dieser Ruhezustand wird durch die Steuerelektronik 26 in der Weise
erzeugt, dass der Anschluss 34 frei ist, der Anschluss 36 an Masse liegt, der Anschluss
38 an Masse liegt und der Anschluss 40 frei ist.
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Soll der Motor 12 im Langsamgang in Vorwärtsrichtung gedreht werden,
so wird durch die Stewelektronik 26 der Anschluss 4 an Masse gelegt und somit der
Widerstand R 3 parallel zu dem Widerstand R 2 geschaltet.
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Dadurch sinkt das an dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
52 anliegende Potential ab, so dass eine Spannungsdifferenz an Eingang des Operationsverstärkers
52 entsteht. Die Steuerspannung am Ausgang des Operationsverstärkers 52 steigt daher
an und der Motor 12 wird in der oben beschriebenen Weise analog der am Operatiensverstrker
52 anliegenden Spannung in Vorwärtsdrehrichtung bestromt. Entsprechend der Motor
drehung entsteht am Tachogenerator 14 eine Ausgangsspannung , die über den Operationsverstärker
54 verstärkt dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 zugeführt
wird. Sobald der Motor 12 die gewünschte Drehzahl im Langsamgang erreicht hat, hat
die am nicht invertierenden Eingang des Operatiionsver stärkers 52 anliegende Spannung
den Wert der Spannung am invertierenden Eingang erreicht, so dass der Operationsverstärker
52 kein Ausgangssignal mehr liefert und die Motorbestromung beendet wird. Sinkt
die Motordrehzahl unter den vorgegebenen Wert ab, setzt die Motor bestromung wieder
ein. Steigt die Motordrehzahl über den vorgegebenen Wert an, so erzeugt der Differenzverstärker
52 ein entgegengesetztes Ausgangssignal und der Motor 12 wird entgegen seiner Drehrichtung
bestromt, bis er die vorgegebene Drehzahl wieder erreicht hat.
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Das Absinken der am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
52 anliegenden Soll-Spannung und damit die Drehzahl des Motors im Langsamgang wird
durch den aus
den Widerständen R 1, R 2 uiid R j> gebildeten
Spannungsteiler bestimmt.
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Soll der Motor im Langsamgang rückwärts gedreht werden, so wird der
nornialerweise an Masse liegende Anschlss 38 durch die Steuerelektronik 25 freigegeben.
Die Spannung an Anschluss 38 steigt dadurch an und ebenso steigt die am invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers 52 anliegende Spannung an. Der Spannungsanstieg
am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 52 wird dabei durch den Spannungsteiler
bestimmt, der von den Widerständen R 1 und R 2 sowie der parallel zu dem Widerstand
R 1 geschalteten Reihenschaltung des Widerstandes R 4 und der Diode D 1 gebildet
wird.
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Durch das Ansteigen der Spannung am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers
52 ensteht eine Spannungsdifferenz am Eingang des Differenzverstärkers 52, die zu
einem negativen Ausgangssignal des Operationsverstärkers 52 führt, was wiederum
zu einer analog gesteuerten Bestromung des Motors 12 in Rückwärtsrichtung führt.
Durch die Drehung des Motors 12 entsteht in der oben beschriebenen Weise am lachogenerator
14 eine Ausgangsspannung, die über den Operationsverstärl.er 54 verstärkt dem nicht
invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 zugeführt wird. Die Drehzahl
des Motors 12 steigt in der oben beschriebenen Weise an, bis die gewünschte Soll-Drehzahl
erreicht ist und die Spannungsdifferenz am Eingang de Operationsvertärkers 52 verschwindet.
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Soll der Motor im Schnellgang in Vorwärtsrichtung gedreht werden,
so wird der normalerweise an Masse liegende Anschluss 36 durch die Steuerelektronik
26 freigegeben. Dadurch steigt die am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers
52 anliegende Spannung praktisch auf den vollen Wert der Versorgungsspannung von
+ 24 Volt an. Die am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 anliegende
Spannung bleibt auf dem durch die Widerstände R 1 und R 2 bestimmten Wert von +
12 Volt. Entsprechend dieser am Differenzerstärker 52 anliegenden grossen Spannungsdifferenz
erzeugt dieser ein grosses positives Ausgangssignal, das zu einer hohen Bestromung
des Motors 12 in V rwärtsrichtung führt. Der Motor 12 läuft daher mit einem hohen
Drehmoment an. Die Drehzahl des Motors 12 steigt nun solange an, bis die vom Tachogenerator
14 erzeugte und vom Operationsverstärker 54 verstärkte Spannung den Spannungsanstieg
am nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 ausgeglichen hat. Auch
hierbei erfolgt die Bestromung des Motors 12 analog, d.h. die Bestromung nimmt mit
zunehmender Drehzahl des Motors ab und kehrt sich um, falls die Drehzahl die vorgegebene
Soll-Drehzahl des Schnellgangs überschreitet. Die Soll-Drehzahl wird dabei im wesentlichen
durch den Widerstand R 5 bestimmt, wobei eine Variation durch den Abgleichwiderstand
R 6 möglich ist.
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Soll schliesslich der Motor im Schnellgang in Rückwärtsrichtung gedreht
werden, so wird durch die Steuerelektronik 26 der normalerweise frei liegende Anschluss
4o an das Massepotential 15Full gelegt. Dadurch sinkt die am nicht
invertierenden
Eingang des Diff erenzverst ärker s 52 anliegende Spannung nahezu auf das Potential
Null ab.
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Da am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 weiterhin
die Spannung von + 12 Volt anliegt,entsteht eine starke Spannungsdifferenz, die
zu einem entsprechend grossen negativen Ausgangssignal des Differenzverstärkers
52 führt. Der Motor 12 wird somit in Rückwärtsrichtung stark bestromt, so dass er
mit hohem Drehmoment anläuft.Mit zunehmender Drehzahl des Motors 12 wächst die Spannung
des Tachogenerators 14 an, bis der Spannungsabfall an nicht invertierenden Eingang
des Differenzverstärkers 52 ausgeglichen und die Eingangs-Spannungsdifferenz des
Differenzverstärkers 52 verschwunden ist. Das analoge Einregeln der Soll-Drehzahl
geschieht in der oben beschriebenen Weise.
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Die Soll-Drehzahl bei der Rückwärtsdrehung im Schnellgang wird durch
die Widerstände R 5, R 6, die Diode D 2 und den Widerstand R 7 bestimmt, wobei eine
Variation durch den Abgleichwiderstand R 6 ebenfalls möglich ist.
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Das Abstoppen des Motors und die genaue W;nkelpositionieeng sollen
nun beschrieben werden.
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Von der Steuerelektronik 26 wird auf den Anschluss 32 das Stoppsignal
gegeben, d.h. dieser normalerweise an Masse liegende Anschluss wird freigegeben.
Die Anschlüsse 34 bis 40 befinden sich dabei in dem oben beschriebenen Ruhezustand.
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Durch das Freigeben des Anschlusses 32 steigt die Spannung am Gate
eines Feldeffekttransistors 55 an, so dass dieser durchgeschaltet wird. Die über
dem Differenz-Operationsverstärker 24- verstärkte Ausgangsspanhung der aus den Fotodioden
22 a und 22 b bestehenden Differentialfotodiode 22 wird nun über diesen Feldeffekttransistor
56 an den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 gelegt. Falls die Winkelposition
des Motors 12 und somit der Taktscheibe 16 von der genauen gewünschten Winkelposition
abweicht, werden die Fotodiode 22 a und 22 b in der oben beschriebenen Weise von
der Lichtquelle 20 durch die entsprechende Durchbrechung 18 der Taktscheibe 16 ungleichmässig
beleuchtet, so dass eine Spannungsdifferenz am Ausgang der Differentialfotodiode
entsteht, die durch den Operationsverstärker 24 verstärkt wird. Die durch die Widerstände
R 1 und R 2 festgelegte Spannung von + 12 Volt am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers
52 wird somit je noch der Richtung der Abweichung der Taktscheibe 16 von der genauen
Winkelposition erhöht oder erniedrigt. Dies führt iii der oben für den Langsamgang
beschriebenen Weise zu einer analogen Bestromung des Motors 12, wordurch dieser
in Drehung versetzt wird und sich in Richtung auf die genaue gewünschte Winkelposition
dreht. Sobald sich der Motor 12 und die Taktscheibe 16 über diese genaue Winkelposition
hinaus drehen, kehrt sich das Ausgangssignal der Differentialfetediode 22 um und
der Motor wird in entgegengesetzter Richtung bestromt.
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Ein solches Schwingen unedle gewünschte Ruheposition aufgrund der
Massenträgheit des Motors wird durch die Dämpfungswirkung des Tachogenerators 14
verhindert.
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Die Drehung des Motors fithrt nämlich zu einer Ausgangsspannung am
Tachogenerator, die über den Opterationsverstärker 54 verstärkt .il dem nicht invertierenden
Eingang des Differenzverstärkers ,2 anliegt. Diese Dachogeneratorspannung erzeugt
daher zum Eingang des Differenzerstärkers 52 eine Spannunsdifferenz, die zu einer
Bestromung des Motors 12 entgegen einer jeweiligen Drehrichtung führt.
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Aufgrund der analogen Steuerung der Bestromung ist diese Bestromung
entgegen der Drehrichtung am stärksten, wenn der Motor 12 bzw. die Takt scheibe
16 durch die gewünschte genaue Winkelposition läuft. Bei diesem Durchgang durch
die genaue Winkelposition entsteht nämlich an der Differentialfotodiode 22 kein
Ausgangssignal, so dass am invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 52 nur
die der Drehzahl Null entsprechende Soll-Spannung von 12 Volt anliegt.
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Die vom Tachogenerator 14 erzeugte Ist-Spannung führt somit zu einer
starken Dämpfung des Einschwingen des Motors 12 um seine genaue Winkelposition.
Die Stärke der Dämpfung ist dabei insbesondere durch den Verstärkungsfaktor des
Operationsverstärkers 54 bestimmt. Der Gleichstrom-Bürstenmotor 12 kann daher mit
einer Einschwingzeit von weiigen Mikrosekunden auf eine genaue Winkelposition abgestoppt
werden, wobei die Genauigkeit der Winkelpositionierung lediglich durch die Geometrie
von Lichtquelle 20, Taktscheibe 16 und Differentialfotodiode 22 bestimmt ist.